Novel order-level lineage of ammonia-oxidizing archaea widespread in marine and terrestrial environments
Creators
-
Yue Zheng1
-
Baozhan Wang2, 3
-
Peng Gao2, 3
-
Yang Yi4, 5
- Bu Xu6, 7
-
Xiaoquan Su8
-
Daliang Ning9
-
Tao Qing9
-
Qian Li1
-
Feng Zhao10, 11, 12
-
Dazhi Wang1
-
Yao Zhang1
-
Meng Li13
- Mari-K.H. Winkler14
-
Anitra E. Ingalls14
-
Jizhong Zhou9, 15
- Chuanlun Zhang6, 7
-
David A. Stahl14
-
Jiandong Jiang2, 3
-
Willm Martens‐Habbena16, 17
-
Wei Qin9
- 1. Xiamen University
- 2. Nanjing Agricultural University
- 3. Ministry of Agriculture and Rural Affairs
- 4. United States National Library of Medicine
- 5. National Institutes of Health
- 6. Southern University of Science and Technology
- 7. Shanghai Astronomical Observatory
- 8. Qingdao University of Science and Technology
- 9. University of Oklahoma
- 10. Institute of Urban Environment
- 11. Chinese Academy of Sciences
- 12. CAS Key Laboratory of Urban Pollutant Conversion
- 13. Shenzhen University
- 14. University of Washington
- 15. Lawrence Berkeley National Laboratory
- 16. University of Fort Lauderdale
- 17. University of Florida
Description
Ammonia-oxidizing archaea (AOA) are among the most ubiquitous and abundant archaea on Earth, widely distributed in marine, terrestrial, and geothermal ecosystems. However, the genomic diversity, biogeography, and evolutionary process of AOA populations in subsurface environments are vastly understudied compared to those in marine and soil systems. Here, we report a novel AOA order Candidatus (Ca.) Nitrosomirales which forms a sister lineage to the thermophilic Ca. Nitrosocaldales. Metagenomic and 16S rRNA gene-read mapping demonstrates the abundant presence of Nitrosomirales AOA in various groundwater environments and their widespread distribution across a range of geothermal, terrestrial, and marine habitats. Terrestrial Nitrosomirales AOA show the genetic capacity of using formate as a source of reductant and using nitrate as an alternative electron acceptor. Nitrosomirales AOA appear to have acquired key metabolic genes and operons from other mesophilic populations via horizontal gene transfer, including genes encoding urease, nitrite reductase, and V-type ATPase. The additional metabolic versatility conferred by acquired functions may have facilitated their radiation into a variety of subsurface, marine, and soil environments. We also provide evidence that each of the four AOA orders spans both marine and terrestrial habitats, which suggests a more complex evolutionary history for major AOA lineages than previously proposed. Together, these findings establish a robust phylogenomic framework of AOA and provide new insights into the ecology and adaptation of this globally abundant functional guild.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تعد العتائق المؤكسدة للأمونيا (AOA) من بين العتائق الأكثر انتشارًا ووفرة على وجه الأرض، وهي موزعة على نطاق واسع في النظم الإيكولوجية البحرية والأرضية والحرارية الأرضية. ومع ذلك، فإن التنوع الجيني والجغرافيا الحيوية والعملية التطورية لمجموعات الزراعة العضوية في البيئات تحت السطحية غير مدروسة إلى حد كبير مقارنة بتلك الموجودة في النظم البحرية والتربة. هنا، نبلغ عن رواية AOA Order Candidatus (Ca.) النيتروسوميراليس التي تشكل سلالة شقيقة إلى الكالسيوم المحب للحرارة. Nitrosocaldales. توضح خرائط قراءة الجينات Metagenomic و 16S rRNA الوجود الوفير لـ Nitrosomirales AOA في بيئات المياه الجوفية المختلفة وتوزيعها على نطاق واسع عبر مجموعة من الموائل الحرارية الأرضية والأرضية والبحرية. تُظهر النيتروسوميرات الأرضية AOA القدرة الوراثية على استخدام الفورمات كمصدر للاختزال واستخدام النترات كمستقبل بديل للإلكترونات. يبدو أن النيتروسوميراليس AOA قد اكتسبت الجينات الأيضية الرئيسية والأوبيرونات من المجموعات المتوسطة الأخرى عن طريق نقل الجينات الأفقي، بما في ذلك الجينات التي تشفر اليورياز، واختزال النتريت، و ATPase من النوع V. قد يكون التنوع الأيضي الإضافي الذي تمنحه الوظائف المكتسبة قد سهل إشعاعها في مجموعة متنوعة من البيئات تحت السطحية والبحرية والتربة. نقدم أيضًا دليلًا على أن كل أمر من أوامر النظام الأساسي الأربعة يمتد عبر كل من الموائل البحرية والأرضية، مما يشير إلى تاريخ تطوري أكثر تعقيدًا لسلالات النظام الأساسي الرئيسية مما كان مقترحًا سابقًا. معًا، تنشئ هذه النتائج إطارًا قويًا للجينوم البشري من AOA وتوفر رؤى جديدة حول بيئة وتكيف هذه النقابة الوظيفية الوفيرة عالميًا.Translated Description (French)
Les archées oxydant l'ammoniac (AOA) sont parmi les plus omniprésentes et les plus abondantes sur Terre, largement distribuées dans les écosystèmes marins, terrestres et géothermiques. Cependant, la diversité génomique, la biogéographie et le processus évolutif des populations d'AOA dans les environnements souterrains sont largement sous-étudiés par rapport à ceux des systèmes marins et pédologiques. Ici, nous rapportons une nouvelle commande AOA Candidatus (Ca.) Les nitrosomirales qui forment une lignée sœur du Ca thermophile. Nitrosocaldales. La cartographie de la métagénomique et de la lecture du gène de l'ARNr 16S démontre la présence abondante de Nitrosomirales AOA dans divers environnements d'eaux souterraines et leur répartition étendue dans une gamme d'habitats géothermiques, terrestres et marins. Les nitrosomirales terrestres AOA montrent la capacité génétique d'utiliser le formiate comme source de réducteur et d'utiliser le nitrate comme accepteur d'électrons alternatif. Les nitrosomirales AOA semblent avoir acquis des gènes métaboliques clés et des opérons d'autres populations mésophiles par transfert horizontal de gènes, y compris des gènes codant pour l'uréase, la nitrite réductase et l'ATPase de type V. La polyvalence métabolique supplémentaire conférée par les fonctions acquises peut avoir facilité leur rayonnement dans une variété d'environnements souterrains, marins et pédologiques. Nous fournissons également des preuves que chacun des quatre ordres d'AOA couvre à la fois les habitats marins et terrestres, ce qui suggère une histoire évolutive plus complexe pour les principales lignées d'AOA que celle proposée précédemment. Ensemble, ces résultats établissent un cadre phylogénomique robuste de l'AOA et fournissent de nouvelles informations sur l'écologie et l'adaptation de cette guilde fonctionnelle abondante à l'échelle mondiale.Translated Description (Spanish)
Las arqueas oxidantes de amoníaco (AOA) se encuentran entre las arqueas más ubicuas y abundantes de la Tierra, ampliamente distribuidas en ecosistemas marinos, terrestres y geotérmicos. Sin embargo, la diversidad genómica, la biogeografía y el proceso evolutivo de las poblaciones de AOA en entornos subterráneos están muy poco estudiados en comparación con los de los sistemas marinos y del suelo. Aquí, informamos un nuevo orden de AOA Candidatus (Ca.) Nitrosomirales que forma un linaje hermano del Ca termófilo. Nitrosocaldales. El mapeo metagenómico y de lectura génica de ARNr 16S demuestra la abundante presencia de AOA de Nitrosomirales en diversos entornos de aguas subterráneas y su amplia distribución en una variedad de hábitats geotérmicos, terrestres y marinos. Los Nitrosomirales terrestres AOA muestran la capacidad genética de usar formiato como fuente de reductor y usar nitrato como aceptor de electrones alternativo. Los AOA de Nitrosomirales parecen haber adquirido genes y operones metabólicos clave de otras poblaciones mesófilas a través de la transferencia horizontal de genes, incluidos los genes que codifican la ureasa, la nitrito reductasa y la ATPasa de tipo V. La versatilidad metabólica adicional conferida por las funciones adquiridas puede haber facilitado su radiación en una variedad de entornos subsuperficiales, marinos y del suelo. También proporcionamos evidencia de que cada uno de los cuatro órdenes de AOA abarca hábitats marinos y terrestres, lo que sugiere una historia evolutiva más compleja para los principales linajes de AOA de lo propuesto anteriormente. En conjunto, estos hallazgos establecen un sólido marco filogenómico de AOA y proporcionan nuevos conocimientos sobre la ecología y la adaptación de este gremio funcional globalmente abundante.Files
wrad002.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نسب جديدة على مستوى النظام من العتائق المؤكسدة للأمونيا على نطاق واسع في البيئات البحرية والبرية
- Translated title (French)
- Nouvelle lignée d'archées oxydant l'ammoniac au niveau de l'ordre, répandue dans les environnements marins et terrestres
- Translated title (Spanish)
- Nuevo linaje a nivel de orden de arqueas oxidantes de amoníaco generalizadas en entornos marinos y terrestres
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4390704629
- DOI
- 10.1093/ismejo/wrad002
References
- https://openalex.org/W1531183196
- https://openalex.org/W1570684276
- https://openalex.org/W1584790813
- https://openalex.org/W1590141371
- https://openalex.org/W1911763867
- https://openalex.org/W1981436073
- https://openalex.org/W1991308477
- https://openalex.org/W1993018845
- https://openalex.org/W2012678313
- https://openalex.org/W2018644453
- https://openalex.org/W2021844113
- https://openalex.org/W2023858439
- https://openalex.org/W2028360015
- https://openalex.org/W2031122845
- https://openalex.org/W2032604387
- https://openalex.org/W2032670022
- https://openalex.org/W2045204781
- https://openalex.org/W2047252692
- https://openalex.org/W2066971312
- https://openalex.org/W2072762503
- https://openalex.org/W2072920950
- https://openalex.org/W2072989337
- https://openalex.org/W2075446924
- https://openalex.org/W2076613851
- https://openalex.org/W2078527581
- https://openalex.org/W2088393503
- https://openalex.org/W2090615214
- https://openalex.org/W2093233529
- https://openalex.org/W2106090237
- https://openalex.org/W2107240865
- https://openalex.org/W2108000480
- https://openalex.org/W2112364185
- https://openalex.org/W2116951543
- https://openalex.org/W2126917299
- https://openalex.org/W2127175247
- https://openalex.org/W2131271579
- https://openalex.org/W2137752812
- https://openalex.org/W2147199223
- https://openalex.org/W2147654303
- https://openalex.org/W2155704095
- https://openalex.org/W2159237163
- https://openalex.org/W2159957100
- https://openalex.org/W2160378127
- https://openalex.org/W2166035269
- https://openalex.org/W2170816306
- https://openalex.org/W2178637309
- https://openalex.org/W2280701844
- https://openalex.org/W2303656007
- https://openalex.org/W2312914938
- https://openalex.org/W2470052926
- https://openalex.org/W2513506562
- https://openalex.org/W2553435300
- https://openalex.org/W2614081736
- https://openalex.org/W2735611463
- https://openalex.org/W2742651834
- https://openalex.org/W2753961085
- https://openalex.org/W2765605573
- https://openalex.org/W2765689343
- https://openalex.org/W2765985041
- https://openalex.org/W2786671949
- https://openalex.org/W2788893203
- https://openalex.org/W2801878070
- https://openalex.org/W2900546243
- https://openalex.org/W2901334886
- https://openalex.org/W2937916685
- https://openalex.org/W2941640125
- https://openalex.org/W2951464304
- https://openalex.org/W2951590510
- https://openalex.org/W2953470974
- https://openalex.org/W2967111477
- https://openalex.org/W2970789759
- https://openalex.org/W2988391718
- https://openalex.org/W2988396470
- https://openalex.org/W2999402655
- https://openalex.org/W3005235420
- https://openalex.org/W3014445714
- https://openalex.org/W3019217786
- https://openalex.org/W3029109791
- https://openalex.org/W3039324888
- https://openalex.org/W3092590074
- https://openalex.org/W3093852883
- https://openalex.org/W3099496190
- https://openalex.org/W3116000462
- https://openalex.org/W3120016415
- https://openalex.org/W3120635877
- https://openalex.org/W3121185202
- https://openalex.org/W3145609364
- https://openalex.org/W3158874674
- https://openalex.org/W3160889718
- https://openalex.org/W3208177399
- https://openalex.org/W3215116777
- https://openalex.org/W3217216416
- https://openalex.org/W4200300756
- https://openalex.org/W4210483032
- https://openalex.org/W4224322585
- https://openalex.org/W4283214625
- https://openalex.org/W4318700676
- https://openalex.org/W4318826188
- https://openalex.org/W4323535226
- https://openalex.org/W4388586300